JP5593654B2 - Robot joint - Google Patents

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    • F16C19/54Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction

Description

本発明は、ボット関節部に関する。 The present invention relates to a robot joint.

産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。一方、近年では、人に身近な存在であるパートナーロボットや家事ロボットなども盛んに開発がなされている。これらロボットのロボット関節部、例えばロボットの指関節には転がり軸受が使用される(例えば、特許文献1など)。   In the processing line and assembly line of industrial machines, various robot arms are used for labor saving and automation. On the other hand, in recent years, partner robots and household robots that are familiar to human beings have been actively developed. Rolling bearings are used for the robot joints of these robots, for example, the finger joints of the robots (for example, Patent Document 1).

一般的に転がり軸受を使用する際、その取り付け方法としては転がり軸受を接着材で固定することが考えられる。   In general, when a rolling bearing is used, it is conceivable that the rolling bearing is fixed with an adhesive as an attachment method.

特開2006−329420号公報JP 2006-329420 A

しかしながら、ロボット関節部に接着剤を使用して転がり軸受を固定した場合、その雰囲気温度や使用条件によってはアウトガスが発生することが知られており好ましくない。また、接着剤で完全に固定した軸受に不具合が生じてしまった場合、軸受又は軸受ユニットをアーム部材から取り外すことが難しく、アーム全体を交換することになるためメンテナンス性能が悪くコストがかかるという問題があった。   However, when a rolling bearing is fixed to the robot joint using an adhesive, it is known that outgas is generated depending on the ambient temperature and use conditions, which is not preferable. In addition, if a bearing that is completely fixed with an adhesive has a problem, it is difficult to remove the bearing or bearing unit from the arm member, and the entire arm will be replaced, resulting in poor maintenance performance and high cost. was there.

そこで、本発明は、接着剤を用いずに転がり軸受をアーム部材に固定することができメンテナンス性能に優れたロボット関節部を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a robot joint portion that can fix a rolling bearing to an arm member without using an adhesive and has excellent maintenance performance.

上記目的は、以下の構成により達成される。
(1)一対の連結板間に軸部材が取り付けられた基部アームに対し、スイングアームの連結部がロボット関節用軸受ユニットに回動自在に支持され、前記スイングアームがワイヤで駆動されるロボット関節部であって、
前記一対の連結板と前記連結部との間には、隙間が形成され、
前記ロボット関節用軸受ユニットは、前記軸部材に対しスイングアームを揺動及び回動自在に支持する転がり軸受を並列に2個配設され、
前記転がり軸受の外周側にはトレランスリングが設けられ、
前記スイングアームには前記ワイヤを取り付ける切り欠きが設けられ、
前記切り欠きは前記スイングアームの回動中心に対し90°以上270°以下の領域に形成され、
前記トレランスリングは、前記2個の転がり軸受にまたがって設けられており、
前記切り欠きは、前記トレランスリングの軸方向幅内に配置され、
前記転がり軸受には、それぞれ外輪の軸方向両側の溝部にシールド板が取り付けられ、
前記シールド板及び前記溝部には、フッ素コーティングが施され、
前記シールド板の先端該シールド板の先端に対向するストレートな内輪肩部との間にラビリンスが形成され、
前記ラビリンスの隙間は0.05mm〜0.15mmの範囲内であることを特徴とするロボット関節部。
(2)前記ロボット関節用軸受ユニットは前記転がり軸受を内嵌するスリーブを備え、前記トレランスリングが前記スリーブと前記スイングアームとの間に設けられ、
前記スイングアームには、前記転がり軸受の内輪の材料及び外輪の材料よりも線膨張係数の大きな材料が適用されており、前記軸部材には、前記スリーブの材料よりも線膨張係数の大きな材料が適用されていることを特徴とする(1)に記載のロボット関節部。
The above object is achieved by the following configuration.
(1) A robot joint in which a connecting portion of a swing arm is rotatably supported by a robot joint bearing unit with respect to a base arm in which a shaft member is attached between a pair of connecting plates, and the swing arm is driven by a wire. Part,
A gap is formed between the pair of connecting plates and the connecting portion,
The robot joint bearing unit is provided with two rolling bearings arranged in parallel to swingably and swingably support a swing arm with respect to the shaft member,
A tolerance ring is provided on the outer peripheral side of the rolling bearing,
The swing arm is provided with a notch for attaching the wire,
The notch is formed in a region of 90 ° or more and 270 ° or less with respect to the rotation center of the swing arm,
The tolerance ring is provided across the two rolling bearings,
The notch is disposed within an axial width of the tolerance ring;
In the rolling bearings, shield plates are attached to the grooves on both sides in the axial direction of the outer ring,
Fluorine coating is applied to the shield plate and the groove,
Labyrinth is formed between the straight inner shoulders opposite the tip of the tip and the shield plate of the shield plate,
The robot joint part, wherein the gap of the labyrinth is in a range of 0.05 mm to 0.15 mm .
(2) The robot joint bearing unit includes a sleeve into which the rolling bearing is fitted, and the tolerance ring is provided between the sleeve and the swing arm.
A material having a larger linear expansion coefficient than the material of the inner ring and the outer ring of the rolling bearing is applied to the swing arm, and a material having a larger linear expansion coefficient than the material of the sleeve is applied to the shaft member. The robot joint according to (1), wherein the robot joint is applied.

本発明のロボット関節部用軸受ユニット及び該軸受ユニットを備えたロボット関節部によれば、接着剤を使用した場合と比較してアウトガスの発生がなく環境、人体への影響を低減することができ、且つ、特殊な接着剤を用いていないためコストを抑えることが可能である。また、スイングアームから軸受ユニットを単体で取り外すことができるため、不具合が発生したときであってもメンテナンスを容易に行うことができる。   According to the robot joint portion bearing unit of the present invention and the robot joint portion including the bearing unit, it is possible to reduce the influence on the environment and the human body without generating outgas as compared with the case where an adhesive is used. In addition, since no special adhesive is used, the cost can be reduced. Further, since the bearing unit can be detached from the swing arm as a single unit, maintenance can be easily performed even when a malfunction occurs.

本発明に係るロボット関節部用軸受ユニットを搭載したロボットフィンガーの概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of the robot finger carrying the robot joint part bearing unit which concerns on this invention. ロボット関節部の断面図である。It is sectional drawing of a robot joint part. 転がり軸受の断面図である。It is sectional drawing of a rolling bearing. トレランスリングの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of a tolerance ring.

以下、本発明の本発明に係る軸受ユニットを搭載したロボットフィンガーの一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明に係るロボット関節部用軸受ユニットを搭載したロボットフィンガーの概略を示す斜視図、図2(a)は軸受ユニットを概観を示すロボット関節部の断面図であり(b)は軸受ユニットを含めて切り欠いたロボット関節部の断面図、図3は転がり軸受の断面図、図4はトレランスリングの外観斜視図である。
Hereinafter, an embodiment of a robot finger equipped with a bearing unit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a robot finger equipped with a robot joint bearing unit according to the present invention, FIG. 2A is a sectional view of the robot joint showing an overview of the bearing unit, and FIG. FIG. 3 is a sectional view of a robot joint part cut out including a unit, FIG. 3 is a sectional view of a rolling bearing, and FIG.

ロボットフィンガー1は、図1に示すように、中空円筒形状の第1アーム2と、小径部3a及び大径部3bからなる中空円筒形状の第2アーム3と、一端側を中空円筒形状とし他端部を球面形状とした中空円筒形状の第3アーム4と、第1アーム2の一端部及び第2アーム3の一端部を連結している第1関節部5と、第2アーム3の他端部及び第3アーム4の一端部を連結している第2関節部6と、を備え、第1アーム2に対し第2アーム3が回動し、第2アーム3に対し第3アーム4が回動するように構成されている。なお、以下の説明において、回動するアーム部材をスイングアーム20、スイングアーム20を支持するアーム部材を基部アーム30、基部アーム30とスイングアーム20を連結する関節部をロボット関節部10として説明する。即ち、ロボットフィンガー1においては、第1関節部5に焦点を当てると第1アーム2が基部アーム30に相当し第2アーム3がスイングアーム20に相当し、第2関節部6に焦点を当てると第2アーム3が基部アーム30に相当し第3アーム4がスイングアーム20に相当する。   As shown in FIG. 1, the robot finger 1 includes a hollow cylindrical first arm 2, a hollow cylindrical second arm 3 composed of a small diameter portion 3a and a large diameter portion 3b, and a hollow cylindrical shape at one end. A hollow cylindrical third arm 4 having a spherical end, a first joint 5 connecting one end of the first arm 2 and one end of the second arm 3, and the second arm 3 And a second joint portion 6 that connects the end portion and one end portion of the third arm 4, the second arm 3 rotates with respect to the first arm 2, and the third arm 4 with respect to the second arm 3. Is configured to rotate. In the following description, the swinging arm member will be described as the swing arm 20, the arm member supporting the swing arm 20 will be described as the base arm 30, and the joint portion connecting the base arm 30 and the swing arm 20 will be described as the robot joint portion 10. . That is, in the robot finger 1, when focusing on the first joint 5, the first arm 2 corresponds to the base arm 30, the second arm 3 corresponds to the swing arm 20, and the second joint 6 is focused. The second arm 3 corresponds to the base arm 30 and the third arm 4 corresponds to the swing arm 20.

ロボット関節部10は、図2に示すように、スイングアーム20の一端側の連結部21に形成したユニット装着孔22に軸受ユニット40が装着されている。ユニット装着孔22は、スイングアーム20の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。軸受ユニット40には、軸部材41とスリーブ42との間に回動中心線Pに沿って2つの転がり軸受43(以下、軸受と呼ぶ。)が並列に配設されており、さらにスリーブ42の外周にトレランスリング44が設けられて一体化されている、   As shown in FIG. 2, the robot joint portion 10 has a bearing unit 40 mounted in a unit mounting hole 22 formed in a connecting portion 21 on one end side of the swing arm 20. The unit mounting hole 22 is formed in a circular shape in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the swing arm 20. In the bearing unit 40, two rolling bearings 43 (hereinafter referred to as “bearings”) are arranged in parallel along the rotation center line P between the shaft member 41 and the sleeve 42. A tolerance ring 44 is provided on the outer periphery and integrated.

軸部材41は、その全延出方向に亘って一定の外径を成す円筒状、すなわち、その外周面に、例えば、フランジ部や環状凸部などが設けられていない、いわゆるストレート軸として構成されている。ただし、軸部材41の外周面には、その両端部に周方向に沿って、それぞれ所定の面取り部が形成されている。また、軸部材41は、その内部が延出方向に沿って中空の円筒状を成し、両端部に雌ねじが形成された中空のストレート軸として構成されている。なお、軸部材41は、中空のストレート軸として構成しているが、例えば、軸部材41の外周面の一端側へ環状且つ一連にフランジ部を設けた構成としてもよい。   The shaft member 41 is configured as a so-called straight shaft in which a cylindrical shape having a constant outer diameter in the entire extending direction, that is, an outer peripheral surface is not provided with, for example, a flange portion or an annular convex portion. ing. However, predetermined chamfered portions are formed on the outer peripheral surface of the shaft member 41 along the circumferential direction at both ends thereof. Further, the shaft member 41 is configured as a hollow straight shaft having a hollow cylindrical shape inside along the extending direction and having female threads formed at both ends. In addition, although the shaft member 41 is configured as a hollow straight shaft, for example, a configuration may be employed in which a flange portion is provided in a ring and a series on one end side of the outer peripheral surface of the shaft member 41.

また、スリーブ42は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、その内周面に周方向に沿って環状凸部42aが設けられているとともに、その外周面の両端部に周方向に沿って環状凸部42bが設けられている。なお、これらの環状凸部42aや環状凸部42bは、周方向に沿って連続させて若しくは断続させて形成してもよいが、必ずしも必要ではなく、これらの一方若しくは双方を省略してもよい。この場合、スリーブ42は、その全延出方向に亘って一定の内径若しくは外径を成す円筒状に構成すればよい。   The sleeve 42 is formed in a cylindrical shape whose inside is hollow along the extending direction, and an annular convex portion 42a is provided along the circumferential direction on the inner circumferential surface thereof, and the outer circumferential surface thereof. An annular convex portion 42b is provided along the circumferential direction at both end portions. The annular protrusions 42a and the annular protrusions 42b may be formed continuously or intermittently along the circumferential direction, but are not always necessary, and one or both of them may be omitted. . In this case, the sleeve 42 may be configured in a cylindrical shape having a constant inner diameter or outer diameter over the entire extending direction.

このような構成を成す軸部材41及びスリーブ42において、その材料は、特に限定されず、任意の素材を適用することができるが、本実施形態においては、軸部材41の材料として、スリーブ42の材料よりも線膨張係数の大きな素材が適用されている。例えば、軸部材41の材料として、JIS規格によるSUS303鋼(オーステナイト系ステンレス鋼)を適用し、スリーブ42の材料として、JIS規格によるSUS403F鋼にマンガン(Mn)、鉛(Pb)及びテルル(Te)を添加した鋼(DHS−1:フェライト系ステンレス鋼)がそれぞれ適用されている。   The material of the shaft member 41 and the sleeve 42 having such a configuration is not particularly limited, and any material can be applied. However, in the present embodiment, the material of the shaft member 41 is the sleeve 42. A material having a larger linear expansion coefficient than the material is used. For example, SUS303 steel (austenitic stainless steel) according to JIS standard is applied as the material of the shaft member 41, and manganese (Mn), lead (Pb) and tellurium (Te) are used as the material of the sleeve 42 as SUS403F steel according to JIS standard. (DHS-1: ferritic stainless steel) to which is added is applied.

軸受43は、図3に示すように、相対回転可能に対向して配置された外輪43aと内輪43bと、外輪43aと内輪43bとの間に転動自在に組み込まれた複数の玉43cと、複数の玉43cを周方向に所定の間隔で回転自在に保持する保持器43dと、を備える深溝玉軸受である。   As shown in FIG. 3, the bearing 43 includes an outer ring 43 a and an inner ring 43 b that are opposed to each other so as to be relatively rotatable, and a plurality of balls 43 c that are rotatably incorporated between the outer ring 43 a and the inner ring 43 b. It is a deep groove ball bearing provided with the holder | retainer 43d which hold | maintains the some ball | bowl 43c rotatably by predetermined spacing in the circumferential direction.

また、外輪43aの軸方向両端部には取付溝43eが設けられており、該取付溝43eに、内輪43bとの間にラビリンス43gを形成する環状のシールド板43fが取り付けられている。これら2個の軸受43には所定量の潤滑剤が充填されている。潤滑剤は、鉱油系グリースや合成油系(例えば、リチウム系、ウレア系等)のグリースや油であり、高温環境用途などではフッ素系グリースまたはフッ素系の油、あるいはフッ素樹脂、MoSなどの固体潤滑剤である。但し、固体潤滑剤は玉43cや外輪43a、内輪43bの軌道溝に直接塗布される。この軸受43においては、シールド板43fとラビリンス43gにより、例えば、軸受43の外部からの異物(例えば、塵埃)の侵入や、軸受43の内部からの潤滑剤(例えば、グリース、潤滑油)の漏洩などを防止している。 Further, mounting grooves 43e are provided at both axial ends of the outer ring 43a, and an annular shield plate 43f that forms a labyrinth 43g between the inner ring 43b and the mounting groove 43e is mounted. These two bearings 43 are filled with a predetermined amount of lubricant. The lubricant is a mineral oil-based grease or a synthetic oil-based grease (for example, lithium-based, urea-based, etc.). For high-temperature environment applications, such as fluorine-based grease or fluorine-based oil, fluorine resin, or MoS 2 Solid lubricant. However, the solid lubricant is directly applied to the raceway grooves of the balls 43c, the outer ring 43a, and the inner ring 43b. In this bearing 43, for example, foreign matter (for example, dust) enters from the outside of the bearing 43 or lubricant (for example, grease or lubricating oil) leaks from the inside of the bearing 43 by the shield plate 43f and the labyrinth 43g. Etc. are prevented.

ここで取付溝43eとシールド板43fの外側面はフッ素コーティングが施されていることが好ましく、さらにラビリンス43gの隙間は0.5mm未満が好ましく、0.05mm以下がさらに好ましい。フッ素コーティング及びラビリンス43gは耐水浸入性及び潤滑剤漏れに効果がある。   Here, the outer surfaces of the mounting groove 43e and the shield plate 43f are preferably coated with fluorine, and the gap between the labyrinth 43g is preferably less than 0.5 mm, and more preferably 0.05 mm or less. The fluorine coating and the labyrinth 43g are effective in water penetration resistance and lubricant leakage.

保持器43dには、一例として、冠型の保持器が適用されており、2つの保持器43dは、その開口を互いに向かい合わせて各軸受43に組み込まれ、外輪43aと内輪43bとの間を回転している。なお、2つの保持器43dは、その開口を互いに同一方向へ向けて軸受43に組み込んでもよいし、他方側(開口とは反対側の閉塞側)を互いに向かい合わせて軸受43に組み込んでもよい。また、保持器43dとして冠型のタイプを適用しているが、この他、例えば、波型保持器、かご形保持器及び合せ保持器など、各種のタイプを適用することができる。   As an example, a crown-shaped cage is applied to the cage 43d, and the two cages 43d are incorporated in the bearings 43 with their openings facing each other, and between the outer ring 43a and the inner ring 43b. It is rotating. The two retainers 43d may be incorporated in the bearing 43 with their openings directed in the same direction, or may be incorporated in the bearing 43 with the other side (the closed side opposite to the opening) facing each other. Moreover, although the crown type is applied as the retainer 43d, various types such as a wave retainer, a cage retainer, and a combined retainer can be applied.

このような構成をなす軸受43において、その材料は、特に限定されず、任意の素材を適用することができるが、本実施形態においては、スイングアーム20の材料として、軸受43の外輪43a及び内輪43bの材料よりも、線膨張係数の大きな素材が適用されている。   In the bearing 43 having such a configuration, the material is not particularly limited, and any material can be applied. However, in the present embodiment, as the material of the swing arm 20, the outer ring 43a and the inner ring of the bearing 43 are used. A material having a larger linear expansion coefficient than the material of 43b is applied.

各軸受43には、所定の予圧がそれぞれ付与されており、かかる予圧は、以下のような方法により付与することができる。例えば、2つの軸受43の外輪43a間に環状凸部42aを介在させて、スリーブ42の内周面に各外輪43aを圧入固定する。そして、一方側の軸受43(図2(b)の左側の軸受)の内輪43bに軸方向(同図の左右方向)に対して一方向き(同図の右向き)の予圧を付与し、その状態で当該軸受43の内輪43bを軸部材41に圧入固定する。同様に、他方側の軸受43(図2(b)の右側の軸受)の内輪43bに軸方向(同図の左右方向)に対して他方向き(同図の左向き)の予圧を付与し、その状態で当該軸受43の内輪43bを軸部材41に圧入固定する。これにより、2つの軸受43に所定の予圧を付与することができ、例えば、スイングアーム20が微小揺動時にガタ付くことなく、高速かつスムーズにハードディスク上をトレースすることを可能にしている。   Each bearing 43 is given a predetermined preload, and such a preload can be given by the following method. For example, the annular protrusion 42 a is interposed between the outer rings 43 a of the two bearings 43, and the outer rings 43 a are press-fitted and fixed to the inner peripheral surface of the sleeve 42. Then, a preload is applied to the inner ring 43b of one side bearing 43 (the left side bearing in FIG. 2 (b)) in one direction (right direction in the figure) with respect to the axial direction (left and right direction in the figure). The inner ring 43b of the bearing 43 is press-fitted and fixed to the shaft member 41. Similarly, a preload is applied to the inner ring 43b of the other bearing 43 (the right bearing in FIG. 2B) in the other direction (leftward in the figure) in the axial direction (leftward in the figure). In this state, the inner ring 43 b of the bearing 43 is press-fitted and fixed to the shaft member 41. As a result, a predetermined preload can be applied to the two bearings 43. For example, the swing arm 20 can be traced on the hard disk quickly and smoothly without rattling when the swing arm 20 swings slightly.

軸受ユニット40には、スリーブ42の外周にトレランスリング44が設けられ、当該トレランスリング44により軸受ユニット40はスイングアーム20のユニット装着孔22に固定されている。かかるトレランスリング44は、2つの部材間に介在し、これらの部材を相互に位置決め固定するための部材であって、図4に示すように、例えば、弾性を有する材料(ばね用材料)で環状を成して構成され、その外周面には、周方向に沿って等間隔で複数の凸状部44aが設けられており(後述する内径タイプに対して、外径タイプという)、当該凸状部44aがトレランスリング44の径方向に付勢された弾性力を有するばねとして作用する。   In the bearing unit 40, a tolerance ring 44 is provided on the outer periphery of the sleeve 42, and the bearing unit 40 is fixed to the unit mounting hole 22 of the swing arm 20 by the tolerance ring 44. The tolerance ring 44 is a member that is interposed between two members and positions and fixes these members to each other. As shown in FIG. 4, for example, the tolerance ring 44 is annular with an elastic material (spring material). The outer peripheral surface is provided with a plurality of convex portions 44a at equal intervals along the circumferential direction (referred to as an outer diameter type with respect to the inner diameter type described later). The portion 44 a acts as a spring having an elastic force biased in the radial direction of the tolerance ring 44.

この場合、かかるトレランスリング44は、一例として、軸受ユニット40をスイングアーム20に固定した状態において、その外径(凸状部44aの最大高部分を連続した仮想円の径)がユニット装着孔22の直径と略同一を成すように構成されている。このため、軸受ユニット40をスイングアーム20に固定する前の状態(図4の状態)において、トレランスリング44は、その外径(凸状部44aの最大高部分を連続した仮想円の径)がユニット装着孔22の直径よりも極僅かに大きな径を成すように構成されている。また、かかるトレランスリング44は、一例として、その幅が、スリーブ42の外周面の両端部に設けられた環状凸部42b間の距離と略同一となるように構成されている。   In this case, as an example, in the state where the bearing unit 40 is fixed to the swing arm 20, the tolerance ring 44 has an outer diameter (a diameter of a virtual circle in which the maximum height portion of the convex portion 44 a is continuous) of the unit mounting hole 22. It is comprised so that it may become substantially the same as the diameter of. For this reason, in the state before the bearing unit 40 is fixed to the swing arm 20 (the state shown in FIG. 4), the tolerance ring 44 has an outer diameter (the diameter of a virtual circle that continues the maximum height portion of the convex portion 44a). The diameter is slightly larger than the diameter of the unit mounting hole 22. Further, as an example, the tolerance ring 44 is configured such that the width thereof is substantially the same as the distance between the annular convex portions 42 b provided at both ends of the outer peripheral surface of the sleeve 42.

なお、図4に示す構成において、トレランスリング44は、環状を成して構成したが、例えば、環状の一部を切り欠いたC字状を成すように構成してもよい。また、トレランスリング44は、分割構成としてもよく、例えば、円を2分割した半円状を成す2つのトレランスリング44を組み合わせることで、略環状を成すように構成してもよい。ここで、トレランスリング44の凸状部44aの形状、大きさ及び数などは、例えば、トレランスリング44の大きさや形状、及びスリーブ42とユニット装着孔22間の距離などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。   In the configuration shown in FIG. 4, the tolerance ring 44 is configured to have an annular shape, but may be configured to have, for example, a C shape in which a part of the annular shape is cut out. Further, the tolerance ring 44 may have a divided configuration. For example, the tolerance ring 44 may be configured to have a substantially annular shape by combining two tolerance rings 44 that form a semicircle obtained by dividing a circle into two. Here, the shape, size, number, and the like of the convex portion 44a of the tolerance ring 44 are arbitrarily set according to, for example, the size and shape of the tolerance ring 44 and the distance between the sleeve 42 and the unit mounting hole 22. Therefore, there is no particular limitation here.

かかるトレランスリング44をスリーブ42と連結部21のユニット装着孔22との間に介在させることで、当該トレランスリング44の弾性力と摩擦力によって、軸受ユニット40とスイングアーム20とを簡易かつ確実に固定することができる。トレランスリング44を用いた軸受ユニット40とスイングアーム20との具体的な固定方法の一例としては、まず、連結部21のユニット装着孔22をトレランスリング44の凸状部44aに当接させた状態で、トレランスリング44が外装された軸受ユニット40に対してスイングアーム20を挿入する。その際、トレランスリング44の凸状部44aが径方向の内側へ弾性変形し、当該トレランスリング44の外径が僅かに小さくなる。   By interposing the tolerance ring 44 between the sleeve 42 and the unit mounting hole 22 of the connecting portion 21, the bearing unit 40 and the swing arm 20 can be easily and reliably connected by the elastic force and frictional force of the tolerance ring 44. Can be fixed. As an example of a specific method of fixing the bearing unit 40 and the swing arm 20 using the tolerance ring 44, first, the unit mounting hole 22 of the connecting portion 21 is in contact with the convex portion 44a of the tolerance ring 44. Then, the swing arm 20 is inserted into the bearing unit 40 with the tolerance ring 44 mounted thereon. At this time, the convex portion 44a of the tolerance ring 44 is elastically deformed inward in the radial direction, and the outer diameter of the tolerance ring 44 is slightly reduced.

そして、連結部21の軸方向の両端面がスリーブ42の軸方向の両端面と略面一となる状態にスイングアーム20を位置決めすると、トレランスリング44の凸状部44aが径方向の外側へ弾性変形する(元の状態に戻るように変形する)。この弾性変形時に生じる当該凸状部44aが径方向の外側へ付勢する弾性力、及び当該凸状部44aとユニット装着孔22との間に生じる摩擦力によって、軸受ユニット40とスイングアーム20とを固定することができる。   When the swing arm 20 is positioned so that both axial end surfaces of the connecting portion 21 are substantially flush with both axial end surfaces of the sleeve 42, the convex portion 44a of the tolerance ring 44 is elastically outward in the radial direction. Deform (deform to return to the original state). The bearing unit 40 and the swing arm 20 are caused by the elastic force generated when the convex portion 44a is urged outward in the radial direction and the frictional force generated between the convex portion 44a and the unit mounting hole 22. Can be fixed.

なお、トレランスリング44をスイングアーム20の連結部21側に装着(内装)し、当該スイングアーム20にスリーブ42を挿入することで、スリーブ42とスイングアーム20とを固定してもよい。この場合、トレランスリング44は、一例として、上記と同様の凸状部44aを内周面に設けた構成(内径タイプ)とすればよい。   The sleeve 42 and the swing arm 20 may be fixed by attaching (interior) the tolerance ring 44 to the connecting portion 21 side of the swing arm 20 and inserting the sleeve 42 into the swing arm 20. In this case, for example, the tolerance ring 44 may have a configuration (inner diameter type) in which a convex portion 44a similar to the above is provided on the inner peripheral surface.

続いて、基部アーム30の一端に形成した一対の連結板35間に軸受ユニット40を取り付けたスイングアーム20の連結部21を介在させて、連結板35の外側から軸受ユニット40の軸部材41に連結ネジ14を締め付ける。スイングアーム20の連結部21の外周面には、回動中心線Pに対し90°以上270°以下の領域に切り欠き23が形成され、一端が駆動力伝達装置15に連結され他端が不図示の反力部材に連結されたワイヤ16が切り欠き23に巻きかけられる。   Subsequently, the connecting portion 21 of the swing arm 20 in which the bearing unit 40 is attached is interposed between a pair of connecting plates 35 formed at one end of the base arm 30, and the shaft member 41 of the bearing unit 40 is connected from the outside of the connecting plate 35. Tighten the connecting screw 14. On the outer peripheral surface of the connecting portion 21 of the swing arm 20, a notch 23 is formed in an area of 90 ° or more and 270 ° or less with respect to the rotation center line P, one end is connected to the driving force transmission device 15 and the other end is not. A wire 16 connected to the illustrated reaction force member is wound around the notch 23.

反力部材は、例えばバネ等の弾性部材であって、ワイヤ16の引張力によりスイングアーム20が回動する方向に対して軸受ユニット40を逆方向(図1の符号Y1、Y2で示す方向)に回動させようとする力を発生させる。   The reaction force member is an elastic member such as a spring, for example, and the bearing unit 40 is moved in the opposite direction to the direction in which the swing arm 20 is rotated by the tensile force of the wire 16 (directions indicated by symbols Y1 and Y2 in FIG. 1). A force is generated to rotate the lens.

上記構成のロボットフィンガー1は、駆動力伝達装置15の駆動によりワイヤ16aに引張力を付与すると、軸受ユニット40の2個の玉軸受43に支持されたスリーブ42がスムーズに軸部材41回りに回動するので、第2アーム3が、図1に示すY1方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置15の駆動によりワイヤ16bに引張力を付与すると、軸受ユニット40の2個の玉軸受43に支持されたスリーブ42がスムーズに軸部材41回りに回動するので、第3アーム4が、図1に示すY2方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置15の駆動を解除してワイヤ16aを所定量だけ戻すと、第2アーム3は反力部材の力によりY1方向に所定角度まで回動する。さらに、駆動力伝達装置15の駆動を解除してワイヤ16bを所定量だけ戻すと、第3アーム4は反力部材の力によりY2方向に所定角度まで回動する。   When the robot finger 1 configured as described above applies a tensile force to the wire 16 a by driving the driving force transmission device 15, the sleeves 42 supported by the two ball bearings 43 of the bearing unit 40 smoothly rotate around the shaft member 41. Since it moves, the 2nd arm 3 rotates to a predetermined angle in the reverse direction with respect to the Y1 direction shown in FIG. 1 with high precision. Further, when a tensile force is applied to the wire 16b by driving the driving force transmission device 15, the sleeves 42 supported by the two ball bearings 43 of the bearing unit 40 smoothly rotate around the shaft member 41. The arm 4 rotates with high accuracy up to a predetermined angle in the opposite direction to the Y2 direction shown in FIG. When the drive of the driving force transmission device 15 is released and the wire 16a is returned by a predetermined amount, the second arm 3 is rotated to a predetermined angle in the Y1 direction by the force of the reaction member. Furthermore, when the drive of the driving force transmission device 15 is released and the wire 16b is returned by a predetermined amount, the third arm 4 is rotated to a predetermined angle in the Y2 direction by the force of the reaction force member.

以上説明したように本実施形態によれば、トレランスリング44を用いることで、特殊な接着剤を用いていないためコストを抑えることが可能で、且つ、接着剤を使用した場合と比較してアウトガスの発生がなく環境、人体への影響を低減することができる。また、連結ネジ14を外すことで基部アーム30からスイングアーム20と軸受ユニット40を取り外すことができ、さらに軸受ユニット40をトレランスリング44とユニット装着孔22との摩擦力に抗して軸方向に押圧することで軸受ユニット40をスイングアーム20から取り外すことができる。従って、不具合が発生したときであってもメンテナンスを容易に行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, by using the tolerance ring 44, it is possible to reduce the cost because a special adhesive is not used, and outgas compared to the case where an adhesive is used. It is possible to reduce the impact on the environment and human body. Further, the swing arm 20 and the bearing unit 40 can be removed from the base arm 30 by removing the connecting screw 14, and the bearing unit 40 is axially resisted by the frictional force between the tolerance ring 44 and the unit mounting hole 22. The bearing unit 40 can be removed from the swing arm 20 by pressing. Therefore, maintenance can be easily performed even when a problem occurs.

ここで、ロボットフィンガー1は高温状況で使用される場合があるが、本実施形態においては、上述したように、スイングアーム20の材料として、軸受43の外輪43aの材料及び内輪43bの材料よりも線膨張係数の大きな素材が適用されているため、スイングアーム20及び軸受43がそれぞれ熱膨張した場合、スイングアーム20が軸受43よりも大きく膨張する。この結果、スイングアーム20は、軸受43に対して離間する方向へ、両者の膨張量の差に相当する距離だけ相対的に微小移動する。別の捉え方をすれば、スイングアーム20のユニット装着孔22と、軸受43が固定されたスリーブ42の外周面との間の距離は、上記膨張量の差に相当する距離だけ微小に広がることになる。   Here, the robot finger 1 may be used in a high temperature condition. However, in the present embodiment, as described above, the material of the swing arm 20 is greater than the material of the outer ring 43a and the material of the inner ring 43b of the bearing 43. Since a material having a large linear expansion coefficient is applied, when the swing arm 20 and the bearing 43 are thermally expanded, the swing arm 20 is expanded more than the bearing 43. As a result, the swing arm 20 moves relatively minutely in a direction away from the bearing 43 by a distance corresponding to the difference between the expansion amounts of the two. In other words, the distance between the unit mounting hole 22 of the swing arm 20 and the outer peripheral surface of the sleeve 42 to which the bearing 43 is fixed slightly expands by a distance corresponding to the difference in expansion amount. become.

また、本実施形態においては、上述したように、軸部材41の材料として、スリーブ42の材料よりも線膨張係数の大きな素材が適用されているため、軸部材41及びスリーブ42がそれぞれ熱膨張した場合、軸部材41は、スリーブ42よりも大きく膨張する。この結果、軸部材41の外周面とスリーブ42の内周面との間の距離は、軸部材41とスリーブ42の膨張量の差に相当する距離だけ狭められる。   In the present embodiment, as described above, a material having a larger linear expansion coefficient than the material of the sleeve 42 is applied as the material of the shaft member 41, so that the shaft member 41 and the sleeve 42 are thermally expanded. In this case, the shaft member 41 expands larger than the sleeve 42. As a result, the distance between the outer peripheral surface of the shaft member 41 and the inner peripheral surface of the sleeve 42 is reduced by a distance corresponding to the difference in expansion amount between the shaft member 41 and the sleeve 42.

このため、ロボットフィンガー1の温度上昇に伴い、スイングアーム20と軸受43とが熱膨張し、トレランスリング44の固定力(例えば、トレランスリング44がスリーブ42を軸受43に対して押し付ける弾性力)が小さくなる場合であっても、軸部材41及びスリーブ42がそれぞれ熱膨張し、軸部材41の外周面とスリーブ42の内周面との間の距離が、軸部材41とスリーブ42の膨張量の差に相当する距離だけ狭められることで、これらの間に介在する軸受43に対し、その内部のラジアル隙間を減少させることができる。   For this reason, as the temperature of the robot finger 1 rises, the swing arm 20 and the bearing 43 thermally expand, and the fixing force of the tolerance ring 44 (for example, the elastic force that the tolerance ring 44 presses the sleeve 42 against the bearing 43). Even when the shaft member 41 and the sleeve 42 are smaller, the shaft member 41 and the sleeve 42 are thermally expanded, and the distance between the outer peripheral surface of the shaft member 41 and the inner peripheral surface of the sleeve 42 is the amount of expansion of the shaft member 41 and the sleeve 42. By reducing the distance corresponding to the difference, the radial gap inside the bearing 43 interposed therebetween can be reduced.

この結果、トレランスリング44からスリーブ42を介して軸受43に対して加えられる予圧荷重が低下することを抑制し、軸受43の剛性が高められることで、軸受ユニット40自体の剛性を高めることができる。これにより、ロボットフィンガー1の温度上昇時においても、軸受ユニット40の剛性を高めた状態のままで維持させることができる。   As a result, a decrease in the preload applied to the bearing 43 from the tolerance ring 44 via the sleeve 42 is suppressed, and the rigidity of the bearing 43 is increased, whereby the rigidity of the bearing unit 40 itself can be increased. . Thereby, even when the temperature of the robot finger 1 rises, the rigidity of the bearing unit 40 can be maintained while being increased.

また、本実施形態によれば、軸受43のシールド板43fと内輪43bとの間にラビリンス43gが形成されているので、軸受43の回転トルクを小さくすることができる。また、シールド板43fを接触式にして内輪43bと接触させると回転トルクが上昇するだけでなく、シールトルクが加算される分回転トルクが変動し、ロボット関節部に正確な位置情報を把握できず正確な制御ができなくなるが、本実施形態ではラビリンス43gを形成することでスイングアーム20の位置を正確に制御することができる。   Further, according to the present embodiment, the labyrinth 43g is formed between the shield plate 43f of the bearing 43 and the inner ring 43b, so that the rotational torque of the bearing 43 can be reduced. Further, when the shield plate 43f is contacted and brought into contact with the inner ring 43b, not only the rotational torque increases, but also the rotational torque fluctuates as the seal torque is added, and accurate position information cannot be grasped at the robot joint. Although accurate control cannot be performed, in the present embodiment, the position of the swing arm 20 can be accurately controlled by forming the labyrinth 43g.

<実施例>
次に本発明の軸受ユニットを用いた潤滑油漏れ及び耐水浸入性試験について説明する。
軸受ユニットとして、内径5mm、外径8mm、幅2.5mmの深溝玉軸受(軸受名番:SMR85(ステンレス製))を2つ並列に配設し、各軸受の外輪両端にステンレス製のシールド板を取り付けて構成した。このように構成した軸受ユニットをシールド板のフッ素コーティングの有無、取付溝のフッ素コーティングの有無、ラビリンスの大小を変更して表1の実施例1〜実施例8の測定を行なった。測定は、雰囲気温度25℃の条件下で、周波数100kHzの超音波で揺動させた3000mlのDI水中に該軸受ユニット4個を3分間漬けて、3分後の軸受内の水分量及び軸受からの潤滑剤漏れを測定した。表1中、ラビリンス極小とは、ラビリンス隙間Tが0<T≦0.05mmを示し、ラビリンス小とは、ラビリンス隙間Tが0.05<T<0.5mmを示し、ラビリンス大とは、ラビリンス隙間Tが0.5mm≦T<1.0mmを示している。
<Example>
Next, the lubricating oil leakage and water penetration resistance test using the bearing unit of the present invention will be described.
As bearing units, two deep groove ball bearings (bearing name: SMR85 (made of stainless steel)) with an inner diameter of 5 mm, an outer diameter of 8 mm, and a width of 2.5 mm are arranged in parallel, and stainless steel shield plates are attached to both ends of the outer ring of each bearing. And configured. The bearing units thus configured were subjected to measurements in Examples 1 to 8 in Table 1 by changing the presence or absence of fluorine coating on the shield plate, the presence or absence of fluorine coating on the mounting groove, and the labyrinth. The measurement was carried out by immersing the four bearing units in 3000 ml of DI water swung with ultrasonic waves having a frequency of 100 kHz under an ambient temperature of 25 ° C. for 3 minutes. The lubricant leakage was measured. In Table 1, the labyrinth minimum indicates that the labyrinth gap T is 0 <T ≦ 0.05 mm, the small labyrinth indicates that the labyrinth gap T is 0.05 <T <0.5 mm, and the large labyrinth is the labyrinth. The gap T indicates 0.5 mm ≦ T <1.0 mm.

Figure 0005593654
Figure 0005593654

測定結果を表1中にあわせて示した。
潤滑剤漏れにおける◎は潤滑剤が漏れない状態、○は潤滑剤が軸受から滲み出るがユニット寿命に影響を及ぼさない状態、×は潤滑剤が漏れてユニット寿命に影響を及ぼす状態を示している。また、水浸入性における◎は空気中の水分も浸入しない状態、○は空気中の水分が浸入するがユニット寿命に影響を及ぼさない状態、×は水分が浸入する状態を示している。
実施例1、3、5、7と実施例2、4、6、8を比較するとラビリンス隙間TをT<0.5mmとすることにより、水浸入性に効果があることが分かる。また、実施例1と5、実施例2と6、実施例3と7、実施例4と8をそれぞれ比べると、シールド板にフッ素コーティングをすることにより潤滑油漏れと水浸入性の両方に効果があることが分かる。さらに、実施例1と3、実施例2と4、実施例5と7、実施例6と8をそれぞれ比べると、取付溝にフッ素コーティングをすることにより潤滑油漏れに効果があることが分かる。
The measurement results are also shown in Table 1.
In the case of lubricant leakage, ◎ indicates a state where the lubricant does not leak, ○ indicates a state where the lubricant oozes out from the bearing but does not affect the unit life, and × indicates a state where the lubricant leaks and affects the unit life. . Further, in the water infiltration property, ◎ indicates a state where moisture in the air does not enter, ○ indicates a state where moisture in the air enters but does not affect the unit life, and x indicates a state where moisture enters.
When Examples 1, 3, 5, and 7 and Examples 2, 4, 6, and 8 are compared, it can be seen that water penetration is effective by setting the labyrinth gap T to T <0.5 mm. In addition, comparing Examples 1 and 5, Examples 2 and 6, Examples 3 and 7, and Examples 4 and 8, the shield plate is coated with fluorine, which is effective for both lubricating oil leakage and water penetration. I understand that there is. Further, comparing Examples 1 and 3, Examples 2 and 4, Examples 5 and 7, and Examples 6 and 8, it can be seen that lubricating oil leakage is effective by coating the mounting grooves with fluorine.

続いて、シールド板のフッ素コーティングの有無とラビリンス隙間の関係について水浸入性の測定を行なった。なお、取付溝のフッ素コーティングは行なっていない。測定は、上述の潤滑油漏れ及び耐水浸入性試験と同一の条件で、シールド板のフッ素コーティングを施した軸受ユニットとフッ素コーティングを施さない軸受ユニットについて、ラビリンス隙間Tを1mm、0.5mm、0.15mm、0.1mm、0.05mmの5段階にして測定を行なった。測定結果を表2に示す。   Subsequently, water penetration was measured for the relationship between the presence or absence of fluorine coating on the shield plate and the labyrinth gap. Note that the mounting groove is not subjected to fluorine coating. In the measurement, the labyrinth gap T is set to 1 mm, 0.5 mm, 0 for the bearing unit with the fluorine coating on the shield plate and the bearing unit without the fluorine coating under the same conditions as the above-described lubricant leakage and water penetration resistance tests. Measurement was performed in 5 stages of 15 mm, 0.1 mm, and 0.05 mm. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 0005593654
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この結果からシールド板をフッ素コーティングすることが水浸入性に大きく影響することが分かる。また一方で、ラビリンス隙間Tを0.05mm以下とすることで、シールド板のフッ素コーティングの有無に関わらず、軸受内を空気中の水分も浸入しない状態に保持することができることが確認できた。   From this result, it can be seen that fluorine coating on the shield plate greatly affects the water penetration. On the other hand, it was confirmed that by setting the labyrinth gap T to 0.05 mm or less, the bearing can be kept in a state where moisture in the air does not enter regardless of the presence or absence of the fluorine coating on the shield plate.

なお、上記各実施形態の軸受ユニット及びロボット関節部は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
例えば、本実施形態の軸受ユニットにおいては、軸受43を内嵌するスリーブ42を設け、スリーブ42の外周にトレランスリング44を設けたが、必ずしもスリーブ42を設ける必要はなく、軸受43の外周にトレランスリング44を設けてもよい。これにより剛性を高くすることができる。
また、軸受43として深溝玉軸受を例示したが、これに限らずアンギュラ玉軸受など使用状況に応じて任意の軸受を選択することができる。
In addition, the bearing unit and robot joint part of each said embodiment are not limited to what was illustrated to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
For example, in the bearing unit of the present embodiment, the sleeve 42 in which the bearing 43 is fitted is provided and the tolerance ring 44 is provided on the outer periphery of the sleeve 42. However, the sleeve 42 is not necessarily provided, and the tolerance is provided on the outer periphery of the bearing 43. A ring 44 may be provided. Thereby, rigidity can be made high.
Moreover, although the deep groove ball bearing was illustrated as the bearing 43, not only this but arbitrary bearings, such as an angular ball bearing, can be selected.

1 ロボットフィンガー
2 第1アーム(基部アーム)
3 第2アーム(スイングアーム、基部アーム)
4 第3アーム(スイングアーム)
5 第1関節部(ロボット関節部)
6 第2関節部(ロボット関節部)
10 ロボット関節部
16、16a、16b ワイヤ
20 スイングアーム
23 切り欠き
30 基部アーム
40 軸受ユニット(ロボット関節部用軸受ユニット)
41 軸部材
42 スリーブ
43 軸受(転がり軸受)
43a 外輪
43b 内輪
43e 取付溝(溝部)
43f シールド板
43g ラビリンス
44 トレランスリング
1 Robot finger 2 First arm (base arm)
3 Second arm (swing arm, base arm)
4 Third arm (swing arm)
5 First joint (robot joint)
6 Second joint (robot joint)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Robot joint part 16, 16a, 16b Wire 20 Swing arm 23 Notch 30 Base arm 40 Bearing unit (Bearing unit for robot joint parts)
41 Shaft member 42 Sleeve 43 Bearing (rolling bearing)
43a Outer ring 43b Inner ring 43e Mounting groove (groove)
43f Shield plate 43g Labyrinth 44 Tolerance ring

Claims (2)

一対の連結板間に軸部材が取り付けられた基部アームに対し、スイングアームの連結部がロボット関節用軸受ユニットに回動自在に支持され、前記スイングアームがワイヤで駆動されるロボット関節部であって、
前記一対の連結板と前記連結部との間には、隙間が形成され、
前記ロボット関節用軸受ユニットは、前記軸部材に対しスイングアームを揺動及び回動自在に支持する転がり軸受を並列に2個配設され、
前記転がり軸受の外周側にはトレランスリングが設けられ、
前記スイングアームには前記ワイヤを取り付ける切り欠きが設けられ、
前記切り欠きは前記スイングアームの回動中心に対し90°以上270°以下の領域に形成され、
前記トレランスリングは、前記2個の転がり軸受にまたがって設けられており、
前記切り欠きは、前記トレランスリングの軸方向幅内に配置され、
前記転がり軸受には、それぞれ外輪の軸方向両側の溝部にシールド板が取り付けられ、
前記シールド板及び前記溝部には、フッ素コーティングが施され、
前記シールド板の先端該シールド板の先端に対向するストレートな内輪肩部との間にラビリンスが形成され、
前記ラビリンスの隙間は0.05mm〜0.15mmの範囲内であることを特徴とするロボット関節部。
With respect to a base arm in which a shaft member is attached between a pair of connecting plates, the connecting portion of the swing arm is rotatably supported by the robot joint bearing unit, and the swing arm is a robot joint portion driven by a wire. And
A gap is formed between the pair of connecting plates and the connecting portion,
The robot joint bearing unit is provided with two rolling bearings arranged in parallel to swingably and swingably support a swing arm with respect to the shaft member ,
A tolerance ring is provided on the outer peripheral side of the rolling bearing,
The swing arm is provided with a notch for attaching the wire,
The notch is formed in a region of 90 ° or more and 270 ° or less with respect to the rotation center of the swing arm,
The tolerance ring is provided across the two rolling bearings,
The notch is disposed within an axial width of the tolerance ring;
In the rolling bearings, shield plates are attached to the grooves on both sides in the axial direction of the outer ring,
Fluorine coating is applied to the shield plate and the groove,
Labyrinth is formed between the straight inner shoulders opposite the tip of the tip and the shield plate of the shield plate,
The robot joint part, wherein the gap of the labyrinth is in a range of 0.05 mm to 0.15 mm .
記ロボット関節用軸受ユニットは前記転がり軸受を内嵌するスリーブを備え、前記トレランスリングが前記スリーブと前記スイングアームとの間に設けられ、
前記スイングアームには、前記転がり軸受の内輪の材料及び外輪の材料よりも線膨張係数の大きな材料が適用されており、前記軸部材には、前記スリーブの材料よりも線膨張係数の大きな材料が適用されていることを特徴とする請求項1に記載のロボット関節部。
Before SL robot joint bearing unit comprises a sleeve fitted into the rolling bearing, the tolerance ring is provided between the swing arm and the sleeve,
A material having a larger linear expansion coefficient than the material of the inner ring and the outer ring of the rolling bearing is applied to the swing arm, and a material having a larger linear expansion coefficient than the material of the sleeve is applied to the shaft member. The robot joint according to claim 1, wherein the robot joint is applied.
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